เฟสมืดของการสังเคราะห์แสงคืออะไรและทำงานอย่างไร

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการพื้นฐานสำหรับชีวิตบนโลก โดยพืช สาหร่าย และแบคทีเรียบางชนิดจะแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมี กลไกนี้แบ่งออกเป็นสองเฟสหลัก: เฟสสว่างและเฟสมืด แม้ว่าชื่อของมันอาจแนะนำเป็นอย่างอื่น แต่ช่วงมืดไม่ได้เกิดขึ้นเมื่อไม่มีแสง แต่ก็ไม่ขึ้นอยู่กับแสงโดยตรง

ในระยะนี้ คาร์บอนไดออกไซด์จะถูกตรึงให้เป็นสารอินทรีย์ผ่านปฏิกิริยาเคมีชุดหนึ่งที่ควบคุมโดยเอนไซม์ ซึ่งนำไปสู่การสังเคราะห์โมเลกุลที่จำเป็นต่อการดำรงอยู่ของพืช หนึ่งในกระบวนการที่สำคัญที่สุดภายในระยะนี้คือวงจรคัลวินอันโด่งดัง ซึ่งเป็นวงจรที่สร้าง คาร์โบไฮเดรต ซึ่งจะถูกพืชนำไปใช้เป็นแหล่งกำเนิด อำนาจ และสำหรับการสร้างโครงสร้างเซลล์

ระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสงคืออะไร?

เรียกอีกอย่างว่าระยะชีวสังเคราะห์หรือวงจรคัลวิน-เบนสัน ระยะมืดเป็นระยะที่ CO ถูกรวมเข้า₂ บรรยากาศในสารประกอบอินทรีย์ เกิดขึ้นในสโตรมาของคลอโรพลาสต์ของเซลล์พืชและใช้ผลิตภัณฑ์ที่สร้างขึ้นในเฟสแสง: เอทีพี (อะดีโนซีนไตรฟอสเฟต) และ สพป (ลดนิโคตินาไมด์อะดีนีนไดนิวคลีโอไทด์ฟอสเฟต)

แม้ว่าจะไม่ต้องการแสงโดยตรง แต่การทำงานของมันก็ขึ้นอยู่กับแสง เนื่องจากแสงจำนวนมาก เอนไซม์ ที่เกี่ยวข้องในกระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับการควบคุมแสงและปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิและความเข้มข้นของ CO₂.

วัฏจักรคัลวิน: กุญแจสำคัญของกระบวนการ

วัฏจักรแคลวินเป็นชุดปฏิกิริยาเคมีที่ช่วยตรึงคาร์บอนในรูปของสารอินทรีย์ที่พืชสามารถใช้ได้ มันแบ่งออกเป็น สาม เฟสหลัก:

• การตรึงคาร์บอน: CO ของ₂ จับกับโมเลกุลไรบูโลส-1,5-ไบสฟอสเฟต (RuBP) ด้วยการทำงานของเอนไซม์ รูบิสโค (ไรบูโลส-1,5-ไบสฟอสเฟตคาร์บอกซิเลส-ออกซิเจเนส) ส่งผลให้โมเลกุลคาร์บอน 3 ตัวไม่เสถียร ซึ่งจะแตกตัวออกเป็นกรด 3-ฟอสโฟกลีเซอริก (XNUMX-PGA) สองโมเลกุล
• การลดน้อยลง: 3-PGA จะถูกเปลี่ยนเป็นกลีเซอรัลดีไฮด์-3-ฟอสเฟต (G3P) โดยใช้ เอทีพี y สพป- โมเลกุลบางส่วนเหล่านี้ใช้ในการสร้างกลูโคสและสารอินทรีย์อื่นๆ
• การสร้างใหม่ของ RuBP: โมเลกุล G3P บางส่วนจะได้รับการรีไซเคิลเพื่อสร้างไรบูโลส-1,5-ไบสฟอสเฟตขึ้นใหม่ ทำให้วงจรสามารถดำเนินต่อไปได้

ประเภทของการตรึงคาร์บอน

มีวิธีการต่างๆ ที่แตกต่างกันซึ่งพืชใช้ในการตรึงคาร์บอนในระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง ขึ้นอยู่กับการปรับตัวของพืชกับสภาพแวดล้อม:

• พืชซี₃: พืชส่วนใหญ่ใช้กรรมวิธีนี้ซึ่งมี CO₂ มันถูกรวมเข้าโดยตรงในวงจรคาลวิน
• พืชซี₄: ในสภาพแวดล้อมที่อบอุ่น พืชบางชนิดสามารถจับ CO ได้₂ ในเซลล์อื่นนอกเหนือจากเซลล์ในวัฏจักรแคลวิน โดยหลีกเลี่ยงการหายใจด้วยแสงและเพิ่มประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสง
• โรงงาน CAM: พืชเหล่านี้มักจับ CO ในพื้นที่แห้งแล้ง₂ ทิ้งไว้ข้ามคืนและเก็บไว้ในรูปแบบมาเลตเพื่อใช้ในระหว่างวัน

ความสำคัญของ RuBisCO ในระยะมืด

La รูบิสโค เป็นเอนไซม์ที่ทำหน้าที่ตรึง CO₂ ในวัฏจักรคัลวิน และถือว่ามีมากที่สุดในชีวมณฑล อย่างไรก็ตาม มันมีข้อบกพร่อง: มันยังสามารถตรึงออกซิเจนได้ ทำให้เกิด การหายใจด้วยแสงซึ่งเป็นกระบวนการที่ทำให้ประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสงลดลง ด้วยเหตุนี้พืชจึงได้พัฒนา กลยุทธ์ เพื่อลดผลกระทบดังกล่าวให้เหลือน้อยที่สุด

ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายและประโยชน์ที่ได้รับ

ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นในช่วงมืดมีความสำคัญต่อการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืช:

• กลูโคส: ใช้เป็นแหล่งพลังงานหรือเก็บไว้เป็นแป้ง
• แซคคาโรส: ขนส่งไปยังส่วนอื่นๆ ของโรงงานเพื่อใช้งานได้ทันที
• เซลลูโลส: นำมาใช้ในการก่อสร้างผนังเซลล์

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อช่วงมืด

สภาพแวดล้อมมีบทบาทสำคัญต่อประสิทธิภาพของเฟสมืด:

• อุณหภูมิ: กิจกรรมเอนไซม์ของวงจรคัลวินขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ โดยจะเหมาะสมในช่วงปานกลาง
• ความเข้มข้นของ CO₂: การเพิ่มขึ้นของ CO₂ ส่งเสริมการตรึงคาร์บอนและการผลิตกลูโคส
• ความพร้อมของ ATP และ NADPH: จำเป็นต่อกระบวนการ มาจากระยะแสง

การศึกษาเกี่ยวกับการสังเคราะห์แสงโดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงมืดยังคงได้รับความสนใจอย่างมากในชุมชนวิทยาศาสตร์ เนื่องจากการเพิ่มประสิทธิภาพอาจส่งผลดีต่อการผลิตทางการเกษตรและการลด CO₂ บรรยากาศ ความเข้าใจวัฏจักรคาลวินและผลที่ตามมาช่วยให้เราประเมินความสำคัญของกระบวนการนี้ต่อสมดุลทางนิเวศของโลกได้